本發(fā)明涉及一種電動(dòng)汽車車載充電驅(qū)動(dòng)一體化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

在電動(dòng)汽車車載充電領(lǐng)域，多采用單級(jí)或雙級(jí)充電。單級(jí)充電就是輸入源單相220V交流電直接整流成直流給主電池充電，雙級(jí)充電則是先將輸入源整流成直流，后進(jìn)行直流到直流的變換。整流器有多種結(jié)構(gòu)，如：二極管不控整流，橋式全控整流電路等，直流到直流的變換現(xiàn)在多用雙主動(dòng)橋DC-DC變換器(DAB)。

在電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域，所用的電機(jī)有直流電機(jī)，交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)、永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)和雙定子永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)等?，F(xiàn)在技術(shù)較為成熟的應(yīng)用為永磁同步電動(dòng)機(jī)，關(guān)于永磁同步電動(dòng)機(jī)的控制方式也是較為成熟的，除了傳統(tǒng)的恒轉(zhuǎn)矩控制，恒功率控制之外，近年來(lái)控制方式得到進(jìn)一步發(fā)展，例如，在期刊《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》2015年1月，第30卷，第1期，第30-37頁(yè)刊登“內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)改進(jìn)型解耦控制”一文(作者吳荒原，王雙紅等)提出一種在恒轉(zhuǎn)矩和恒功率控制的基礎(chǔ)上加上電流解耦控制器改善電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)性能。

車載型充電系統(tǒng)普遍存在成本高、體積大、重量大等問題，阻礙了電動(dòng)汽車的普及和推廣，因此，為了解決這個(gè)問題，一體化混合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的提出勢(shì)在必行。在期刊《電力自動(dòng)化設(shè)備》2013年10月，第33卷，第10期，第143-149頁(yè)刊登“電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與蓄電池充電一體化混合拓?fù)溲芯烤C述”一文(作者劉瑩，王輝，漆文龍等)提出使用繼電器一體化混合拓?fù)?，但其采用的單?jí)結(jié)構(gòu)，通過(guò)電感的充放電實(shí)現(xiàn)升壓轉(zhuǎn)換過(guò)程，控制過(guò)程比較復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種電動(dòng)汽車車載充電驅(qū)動(dòng)一體化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，本發(fā)明有效的整合電動(dòng)汽車車載充電電路和驅(qū)動(dòng)電路，提高元器件的利用率。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種電動(dòng)汽車車載充電驅(qū)動(dòng)一體化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括交流輸入源端口，所述交流輸入源端口通過(guò)第一橋式電路連接變壓器的原邊，所述變壓器的副邊通過(guò)第二橋式電路連接電動(dòng)汽車主電池端口和電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)端口，所述第二橋式電路上設(shè)置有開關(guān)切換電路，使交流輸入源端口處的能量流向電動(dòng)汽車主電池端口進(jìn)行充電、電動(dòng)汽車主電池端口的電能經(jīng)過(guò)第二橋式電路的逆變向電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)端口施加能量驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車運(yùn)行的能量雙向流動(dòng)。

所述交流輸入源端口與第一橋式電路之間連接有整流電路。

所述第二橋式電路與電動(dòng)汽車主電池端口之間設(shè)置有低通濾波電路。

所述第一橋式電路為全橋電路。

所述第二橋式電路為三相全橋電路。

所述開關(guān)切換電路，包括三個(gè)開關(guān)m1、m2和m3，其中，開關(guān)m1、m2分別連接在第二橋式電路其中兩相電路的中點(diǎn)與電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)端口的連接處，開關(guān)m3串聯(lián)在另一相電路中。

所述開關(guān)切換電路的開關(guān)都處于斷開狀態(tài)時(shí)，實(shí)現(xiàn)交流輸入源端口的能量給電動(dòng)汽車主電池端口充電。

所述開關(guān)切換電路的開關(guān)都處于閉合狀態(tài)時(shí)，此時(shí)交流輸入源端口處于斷路狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車在正常行駛中主電池經(jīng)三相逆變驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)端口。

所述第一橋式電路、第二橋式電路的開關(guān)管為場(chǎng)效應(yīng)管或絕緣柵雙極型晶體管。

所述電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)端口為永磁同步電動(dòng)機(jī)。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明通過(guò)機(jī)械開關(guān)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車充電模式和驅(qū)動(dòng)模式的切換，但控制電路仍然是分開的，通過(guò)整合一體化可以優(yōu)化體積、減輕重量，進(jìn)一步擴(kuò)大客艙或行李艙的容量，同時(shí)可以減輕電動(dòng)汽車因蓄電池組引起的重量上的劣勢(shì)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明拓?fù)鋱D；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中使用繼電器的一體化混合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

一種電動(dòng)汽車充電驅(qū)動(dòng)一體化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它包括輸入源、主電池和電動(dòng)機(jī)。充電模式下機(jī)械開關(guān)m1、m2、m3斷開，輸入源經(jīng)過(guò)整流模塊后利用開關(guān)管S1、S2、S3、S4和P1、P2、P3、P4經(jīng)低通濾波器給主電池充電；驅(qū)動(dòng)模式下主電池經(jīng)開關(guān)管P1、P2、P3、P4、P5、P6三相逆變后驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。

機(jī)械開關(guān)m1、m2經(jīng)全橋電路與變壓器副邊相連后，與電動(dòng)機(jī)兩相供電相連。m1的連接點(diǎn)與開關(guān)管P1、P2相連，m2的連接點(diǎn)與開關(guān)管P3、P4相連，驅(qū)動(dòng)模式下處于閉合狀態(tài)給電動(dòng)機(jī)供電。

機(jī)械開關(guān)m3與低通濾波器和開關(guān)管P5相連，與機(jī)械開關(guān)m1、m2所處的位置不一樣，驅(qū)動(dòng)模式下處于閉合狀態(tài)給電動(dòng)機(jī)供電。

所述開關(guān)管為場(chǎng)效應(yīng)管或絕緣柵雙極型晶體管。

拓?fù)鋱D如圖1，Port1為交流輸入源端口，Port2為電動(dòng)汽車主電池端口(這里以尼桑Leaf電動(dòng)汽車為例，蓄電池電壓為350V)，Port3為電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)端口(這里為永磁同步電動(dòng)機(jī))。變壓器兩端即為DAB結(jié)構(gòu)，其中變壓器右側(cè)采用全控性器件是為了實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)(即Port1輸入源到Port2主電池端口，Port2到Port3驅(qū)動(dòng)端口)。m1、m2、m3為機(jī)械開關(guān)，當(dāng)三個(gè)開關(guān)都處于斷開狀態(tài)時(shí)，即為模式1，即充電模式，實(shí)現(xiàn)輸入源給主電池充電(車載充電)；當(dāng)三個(gè)開關(guān)都處于閉合狀態(tài)時(shí)，此時(shí)Port1輸入源處于斷路狀態(tài)，即驅(qū)動(dòng)模式，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車在正常行駛中主電池經(jīng)三相逆變驅(qū)動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)。DAB中全控型器件選用絕緣柵雙極型晶體管，一方面可以實(shí)現(xiàn)更高頻率的開斷，另一方面可以傳輸更大的功率。

圖2為使用繼電器的一體化混合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使用繼電器K1，K2，K2′實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)模式和充電模式的轉(zhuǎn)換。在驅(qū)動(dòng)模式下K2，K2′斷開，K1閉合，形成經(jīng)典的三相全橋驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；在充電模式下，圖中L2和L3是感應(yīng)電動(dòng)機(jī)一相繞組相對(duì)于中性點(diǎn)的漏感，在升壓轉(zhuǎn)換電路中作為濾波電感使用。此時(shí)開關(guān)S1和S2斷開，通過(guò)控制S3，S4，S5，S6實(shí)現(xiàn)升壓轉(zhuǎn)換電路。

兩種拓?fù)渥畲蟮膮^(qū)別在與充電模式下，本發(fā)明采用的是兩級(jí)結(jié)構(gòu)而圖2采用的是單級(jí)結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行升壓轉(zhuǎn)換的過(guò)程中圖2是通過(guò)電感的充放電實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明是通過(guò)調(diào)節(jié)變壓器，與圖2的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相比較本發(fā)明可以更方便的通過(guò)調(diào)節(jié)變比得到所需的輸出電壓。另一方面，在充電模式下，圖2拓?fù)渲械拈_關(guān)管S1，S2有三種狀態(tài)，即充電時(shí)候的常斷、驅(qū)動(dòng)狀態(tài)中的開斷，控制比較復(fù)雜。

Port1為交流輸入源端口，Port2為電動(dòng)汽車主電池端口(這里以尼桑Leaf電動(dòng)汽車為例，蓄電池電壓為350V)，Port3為電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)端口(這里為永磁同步電動(dòng)機(jī))。變壓器兩端即為DAB結(jié)構(gòu)，其中變壓器右側(cè)采用全控性器件是為了實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)(即Port1輸入源到Port2主電池端口，Port2到Port3驅(qū)動(dòng)端口)。m1、m2、m3為機(jī)械開關(guān)，當(dāng)三個(gè)開關(guān)都處于斷開狀態(tài)時(shí)，即為模式1，即充電模式，實(shí)現(xiàn)輸入源給主電池充電(車載充電)；當(dāng)三個(gè)開關(guān)都處于閉合狀態(tài)時(shí)，此時(shí)Port1輸入源處于斷路狀態(tài)，即驅(qū)動(dòng)模式，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車在正常行駛中主電池經(jīng)三相逆變驅(qū)動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)。DAB中全控型器件選用絕緣柵雙極型晶體管，一方面可以實(shí)現(xiàn)更高頻率的開斷，另一方面可以傳輸更大的功率。

在圖1給出了電動(dòng)汽車充電驅(qū)動(dòng)一體化拓?fù)鋱D。Port1輸入交流源為電動(dòng)汽車在車載充電時(shí)接入的家用單相220V交流電，Rectifier circuit模塊可以使用二極管不控整流，也可以是可控整流電路，如單相半波可控整流電路、單相橋式全控整流電路等。Low-pass Filter可以根據(jù)具體實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)低通濾波器，如RC濾波器、LC濾波器等。機(jī)械開關(guān)m1、m2、m3可以與充電端口結(jié)合，當(dāng)插入充電時(shí)機(jī)械開關(guān)受壓力斷開，否則處于閉合狀態(tài)，即驅(qū)動(dòng)模式為常態(tài)。

該拓?fù)渫ㄟ^(guò)機(jī)械開關(guān)實(shí)現(xiàn)一體化，兩個(gè)工作模式不會(huì)相互影響，即在充電模式下驅(qū)動(dòng)模式是不工作的，而在驅(qū)動(dòng)模式時(shí)輸入源也是處于斷開狀態(tài)。

充電模式下輸入源經(jīng)整流模塊后經(jīng)過(guò)DAB(兩個(gè)全橋電路經(jīng)變壓器連接)，即開關(guān)管S1、S2、S3、S4和開關(guān)管P1、P2、P3、P4，經(jīng)過(guò)低通濾波器后給主電池供電；驅(qū)動(dòng)模式下主電池經(jīng)三相逆變，即P1、P2、P3、P4、P5、P6，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。

機(jī)械開關(guān)m1、m2經(jīng)全橋電路與變壓器副邊相連后，與電動(dòng)機(jī)兩相供電相連。m1的連接點(diǎn)與開關(guān)管P1、P2相連，m2的連接點(diǎn)與開關(guān)管P3、P4相連，驅(qū)動(dòng)模式下處于閉合狀態(tài)給電動(dòng)機(jī)供電。

機(jī)械開關(guān)m3與低通濾波器和開關(guān)管P5相連，與機(jī)械開關(guān)m1、m2所處的位置不一樣，驅(qū)動(dòng)模式下處于閉合狀態(tài)給電動(dòng)機(jī)供電。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。